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公開番号2025035093
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023141890
出願日2023-09-01
発明の名称半導体装置およびその製造方法
出願人国立研究開発法人物質・材料研究機構
代理人
主分類H10D 8/60 20250101AFI20250306BHJP()
要約【課題】
本発明の課題は、正ベベル終端部構造の耐圧の高い半導体装置、特にパワー用途に好適な耐圧の高い整流素子をダメージが少なく安定的に提供することである。
【解決手段】
下部電極、基板、ウルツ構造の単結晶GaNからなる半導体層、および上部電極が順次積層され、半導体層は平面がm軸に対して垂直な辺からなる六角形であり、かつ断面が傾斜角43.2±5°または62.0±5°の逆テーパーアンダーカット形状である半導体装置とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
下部電極、基板、ウルツ構造の単結晶ＧａＮからなる半導体層、および上部電極が順次積層された半導体装置であり、
前記半導体層は、平面がｍ軸に対して垂直な辺からなる六角形であり、かつ断面が傾斜角４３．２±５°または６２．０±５°の逆テーパーアンダーカット形状である、半導体装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記基板および前記上部電極に非接触の前記半導体層の少なくとも逆テーパーアンダーカット部表面が絶縁性のパッシベーション層で覆われている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記パッシベーション層は、シリコンの酸化膜、窒化膜、および酸窒化膜からなる群より選ばれる１以上からなる、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記パッシベーション層の厚さが、１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である、請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記基板は、ウルツ構造の単結晶ＧａＮまたは単結晶４Ｈ－ＳｉＣであり、ドナー不純物が濃度１０
１７
ｃｍ
－３
以上１０
２０
ｃｍ
－３
以下でドープされている、請求項１から４の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記下部電極は、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、カドミウム（Ｃｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、鉛（Ｐｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、および錫（Ｓｎ）からなる群より選ばれる１以上を含む材料からなる、請求項１から５の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記上部電極は、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、コバルト（Ｃｏ）およびパラジウム（Ｐｄ）からなる群より選ばれる１以上を含む材料からなる、請求項１から６の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体層は、ｎ型の不純物が１０
１５
ｃｍ
－３
以上１０
１８
ｃｍ
－３
以下の濃度で導入されている、請求項１から７の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体層は、少なくとも２種類以上の不純物が導入されており、前記不純物によりｎ
－
層、ｐ
－
層およびｐ
＋
層が下から上に順次積層形成されている、請求項１から７の何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体層の平面形状は、正六角形である、請求項１から９の何れか一項に記載の半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。
続きを表示（約 3,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、パワーデバイスは、需要が急激に高まっていて、すでにハイブリッド車、高効率電車および電力用遮断機のキーデバイスになっている。さらに、パワーデバイスは、今後のスマート社会を支える上で欠かせない電子デバイスと位置づけられている。このため、パワーデバイスの需要は今後も益々高まっていくものと考えられている。
【０００３】
パワーデバイスに求められる重要な特性の１つは耐圧であるが、電子デバイスの耐圧は、半導体層の接合端への電界集中を緩和する終端処理を行うことにより大幅に向上することが知られている。
【０００４】
この終端処理としては、フィールドプレート終端、ガードリング終端、およびベベル終端などがあるが、いずれも端部の空乏層を延長させて電界集中を低減させる効果がある。これらの中でも、最も効果的なものは、正ベベル終端といわれている。
【０００５】
正ベベル終端は、非特許文献１に開示されているように、空乏層が拡がる方向に向けて半導体層を徐々に狭くするように接合端部に傾斜（ベベル）加工を行うことで実現される。このとき、傾斜角が小さければ小さいほど、すなわち浅い傾斜にするほど端部の電界低減効果が高い（ここで、傾斜角９０°は垂直を意味する。）。
一方で、空乏層を基板側に広げる整流素子では、それを実現するため逆テーパー加工が必要となる。この逆テーパー加工は、ウエハの切削による研究報告はあるが、デバイス接合部への加工ダメージ導入が懸念され、製品への適用は容易ではない。そのため、正ベベル終端は効果的と知られているものの、現状では、実用化に至っていない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
Ｂ．Ｌ．ＤＡＶＩＳｅｔａｌ．，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ１４，１５７（１９６７）
Ｄ．Ａ．Ｓｔｏｃｋｅｒｅｔａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７３，２６５４（１９９８）ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０６３／１．１２２５４３
Ｒ．Ｓ．ＱｈａｌｉｄＨａｒｅｅｄｔｏｃｋｅｒｅｔａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７７，２３４５（２０００）ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１０６３／１．１３１６０６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
正ベベル終端部構造の耐圧の高い半導体装置、特にパワー用途に好適な耐圧の高い整流素子をダメージが少なく安定的に提供することを課題とする。また、その半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の構成を下記に示す。
（構成１）
下部電極、基板、ウルツ構造の単結晶ＧａＮからなる半導体層、および上部電極が順次積層された半導体装置であり、
前記半導体層は、平面がｍ軸に対して垂直な辺からなる六角形であり、かつ断面が傾斜角４３．２±５°または６２．０±５°の逆テーパーアンダーカット形状である、半導体装置。
（構成２）
前記基板および前記上部電極に非接触の前記半導体層の少なくとも逆テーパーアンダーカット部表面が絶縁性のパッシベーション層で覆われている、構成１に記載の半導体装置。
（構成３）
前記パッシベーション層は、シリコンの酸化膜、窒化膜、および酸窒化膜からなる群より選ばれる１以上からなる、構成２に記載の半導体装置。
（構成４）
前記パッシベーション層の厚さが、１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である、構成２または３に記載の半導体装置。
（構成５）
前記基板は、ウルツ構造の単結晶ＧａＮまたは単結晶４Ｈ－ＳｉＣであり、ドナー不純物が濃度１０
１７
ｃｍ
－３
以上１０
２０
ｃｍ
－３
以下でドープされている、構成１から４の何れか一項に記載の半導体装置。
（構成６）
前記下部電極は、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、カドミウム（Ｃｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、鉛（Ｐｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、および錫（Ｓｎ）からなる群より選ばれる１以上を含む材料からなる、構成１から５の何れか一項に記載の半導体装置。
（構成７）
前記上部電極は、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、コバルト（Ｃｏ）およびパラジウム（Ｐｄ）からなる群より選ばれる１以上を含む材料からなる、構成１から６の何れか一項に記載の半導体装置。
（構成８）
前記半導体層は、ｎ型の不純物が１０
１５
ｃｍ
－３
以上１０
１８
ｃｍ
－３
以下の濃度で導入されている、構成１から７の何れか一項に記載の半導体装置。
（構成９）
前記半導体層は、少なくとも２種類以上の不純物が導入されており、前記不純物によりｎ
－
層、ｐ
－
層およびｐ
＋
層が下から上に順次積層形成されている、構成１から７の何れか一項に記載の半導体装置。
（構成１０）
前記半導体層の平面形状は、正六角形である、構成１から９の何れか一項に記載の半導体装置。
（構成１１）
単結晶からなる基板の第１主表面上にｍ軸に対して垂直な辺からなる六角形の開口をもつマスク層を形成することと、
前記基板上の前記開口部にＧａＮを選択エピ成長させてＧａＮからなる半導体層を形成することと、
前記マスク層をウェットエッチングで除去することと、
前記半導体層を異方性のウェットエッチング液を用いてエッチングして、上面と側面のなす角度が４３．２±５°または６２．０±５°のアンダーカット形状のＧａＮからなる側壁傾斜半導体層を形成することと、
前記側壁傾斜半導体層の少なくとも上面の一部に第１の導電体層を形成することと、
少なくとも前記側壁傾斜半導体層の露出部がパッシベーション層で覆われるように絶縁性のパッシベーション層を形成することと、
前記基板の第２主表面に第２の導電体層を形成すること、を含む半導体装置の製造方法。
（構成１２）
前記開口は正六角形である、構成１１に記載の半導体装置の製造方法。
（構成１３）
前記異方性のウェットエッチング液は、Ｈ
３
ＰＯ
４
、Ｈ
２
ＳＯ
４
、ＨＣｌ、ＨＮＯ
３
、ＨＦ、ＫＯＨ、ＮａＯＨおよびＴＭＡＨからなる群より選ばれる１つである、構成１１または１２に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、正ベベル終端部構造の耐圧の高い半導体装置、特にパワー用途に好適な耐圧の高い整流素子をダメージが少なく安定的に提供することが可能になる。また、その半導体装置の製造方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の半導体装置の構造を示す断面図である。
本発明の半導体装置の半導体層の平面形状を示す平面視図である。
本発明の半導体装置の終端部近傍の電界分布を示す断面図である。
本発明の半導体装置の製造工程を断面図で示した工程図である。
本発明の半導体装置の製造工程を断面図で示した工程図である。
マスク層の平面形状を示す平面視図である。
本発明の半導体装置の製造工程を示すフローチャート図である。
本発明の第２の半導体装置の構造を示す断面図である。
本発明の第２の半導体装置の製造工程を断面図で示した工程図である。
本発明の第２の半導体装置の製造工程を断面図で示した工程図である。
本発明の第２の半導体装置の製造工程を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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